湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪生长性能、免疫功能及氨基酸消化率的影响

张相雷,金灵红,杨金玉,陶生祥,卓儒浩,许梦慧,吴嘉敏,柳清扬,钟翔*

(1.南京农业大学动物科技学院,江苏 南京 210095;2.苏州帝凯维动物营养有限公司,江苏 苏州 215105;3.天津帝凯维动物营养有限公司,天津 300462)

近年来,由于非洲猪瘟[1]和新冠病毒疫情的发生以及国际贸易摩擦,导致饲料原料紧缺进一步加剧[2],价格不断攀升,严重阻碍了我国畜牧业和养殖业的发展。豆粕作为一种应用广泛的植物性蛋白质饲料,是畜禽饲料极佳的蛋白质来源[3],但豆粕中含有多种阻碍畜禽生长发育的抗营养因子[4],如大豆抗原蛋白、大豆低聚糖、胰蛋白酶抑制因子等[5]。采用适当加工处理消除抗营养因子,提高豆粕蛋白利用率,实现降本增效是应对我国蛋白饲料资源紧缺和饲料价格高涨的重要方法。微生物发酵是消除抗营养因子理想的方式之一,同时豆粕中的蛋白质在微生物的作用下会被降解为小肽和氨基酸,提高豆粕营养物质利用率。目前,关于湿法膨化豆粕(wet extruded soybean meal,WeSM)在仔猪上的应用鲜有报道。因此,本试验研究湿法膨化和发酵豆粕(fermented soybean meal,FSM)对断奶仔猪生长性能、养分及氨基酸消化率、免疫功能的影响,为提高仔猪生长性能及保障我国养猪业的健康发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

发酵豆粕为市场上的商品化产品,发酵方式为枯草芽胞杆菌固态有氧发酵。湿法膨化豆粕(以下简称膨化豆粕)的加工方式为100 ℃蒸汽调制30 s后进入膨化机,通过螺杆挤压进行膨化处理。试验的基础日粮由苏州帝凯维动物营养有限公司提供。

1.2 试验动物、试验设计和饲养管理

试验选取288头21日龄、体重(6.38±0.30)kg的断奶仔猪随机分为4组,每组6个重复,每个重复12只且公母各半。试验期共49 d。试验基础日粮为玉米-豆粕型,参照NRC(2012)推荐营养水平配制。试验日粮中添加0.25%三氧化二铬,用于测定养分消化率。试验用湿法膨化豆粕和发酵豆粕取代常规豆粕,分为以下4种日粮处理分组：常规组：0～14 d饲喂含16.76%常规豆粕的基础日粮,15～49 d饲喂含 19.65%常规豆粕的基础日粮;湿法膨化1组：0～14 d饲喂含15.42%湿法膨化豆粕的基础日粮,15～49 d饲喂含5%常规豆粕+13.5%湿法膨化豆粕的基础日粮;湿法膨化2组：0～14 d饲喂含6%常规豆粕+9.9%湿法膨化豆粕的基础日粮,15～49 d饲喂含10%常规豆粕+8.8%湿法膨化豆粕的基础日粮;发酵组：0～14 d饲喂含6%常规豆粕+9%发酵豆粕的基础日粮,15～49 d饲喂含10%常规豆粕+8%发酵豆粕的基础日粮。试验的基础日粮组成及营养水平见表1。各组试验饲料具有相同的能量水平和粗蛋白水平,且均为直径、长度、硬度相近的颗粒料。

试验开始前对猪舍消毒并对料槽进行清洗,试验期间让仔猪自由采食和饮水,每日08：00、14：00和18：00定时饲喂3次。每日清粪保持栏内清洁卫生,监控舍内温度采用自然通风与风机并用,保持舍内的通风换气。观察猪群精神、采食及粪便情况。所有试验仔猪按照场内设定的免疫程序进行疫苗接种。

1.3 样品采集

在试验14、49 d,断奶仔猪空腹12 h后称重,从每个重复中随机选取1只健康状况良好的断奶仔猪进行前腔静脉采血。室温静置30 min后在4 ℃条件下3 500 r·min-1离心10 min,分离血清,置于-80 ℃冰箱冻存。

采用外源性指示剂法,在试验日粮中添加0.25%三氧化二铬。于试验47～49 d连续收集3 d的粪便。采用部分收粪法收集仔猪排出的新鲜粪便,装入自封袋,每份采集栏内3个不同的位点,每份约100 g,另加10 mL 10%盐酸用于氮的固定,放入-20 ℃冰柜保存待测。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生长性能测定于试验0、14和49 d对每个重复的仔猪进行空腹称重,计算每个阶段的平均日增重。记录采食量,计算平均日采食量。

1.4.2 养分消化率测定参照张丽英[6]的方法测定干物质、粗灰分、粗蛋白、能量、粗脂肪表观消化率;三氧化二铬的含量采用原子吸收光谱法(AAS)测定。氨基酸的测定参照《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定：GB 5009.124—2016》的方法。

1.4.3 血清游离氨基酸浓度测定采用日立L-8900型自动氨基酸分析仪测定血清游离氨基酸浓度。测定方法：取100 μL血清加300 μL10%的磺基水杨酸,放入4 ℃冰箱静置10 min沉淀蛋白,使用高速离心机12 000 r·min-1、4 ℃离心30 min,然后用1 mL注射器吸取上清液,使用0.22 μm水相滤头过滤至2 mL氨基酸测定瓶的衬管中用于游离氨基酸分析。

1.4.4 血清生化指标测定血清中总蛋白(TP)、肌酐(Cr)、白蛋白(ALB,)、尿素氮(BUN)、葡萄糖(GLU)检测试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。采用泉州市睿信生物科技有限公司试剂盒检测血清中免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)以及免疫球蛋白M(IgM)的含量。

1.4.5 血清抗氧化功能指标测定总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性、总抗氧化能力(T-AOC),丙二醛(MDA)、总巯基(T-SH)的含量均采用南京建成生物工程研究所试剂盒检测。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2019软件进行初步统计处理后,使用SPSS 25.0分析软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。各试验组的差异显著性检验采用Duncan’] s多重比较法。结果均以平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 湿法膨化及发酵豆粕对断奶仔猪生长性能的影响

由表2可知：试验开始时,各组仔猪的平均体重无显著差异(P>0.05);试验14 d时,与常规组相比,湿法膨化2组与发酵组仔猪体重显著提高(P<0.05)。在试验15～49 d,与发酵组相比,湿法膨化1组的平均日增重有增加的趋势(P=0.061);与发酵组相比,常规组、湿法膨化1组、湿法膨化2组的料重比分别降低6.17%、7.41%、4.94%,差异均显著(P<0.05)。在试验0～49 d,与发酵组相比,常规组、湿法膨化1组、湿法膨化2组的料重比分别显著降低5.39%、5.99%、5.99%(P<0.05)。对于各个阶段的平均日采食量,4组之间均无显著差异(P>0.05)。

表2 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪生长性能的影响Table 2 Effects of wet extruded and fermented soybean meal on the growth performance in weaned piglets

2.2 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪养分表观消化率的影响

由表3、4可知：与发酵组相比,常规组、湿法膨化1组及2组总能的表观消化率显著提高(P<0.05);与常规组相比,湿法膨化1组、湿法膨化2组及发酵组粗灰分的表观消化率显著提高(P<0.05);各组间粗蛋白、干物质及粗脂肪表观消化率均无显著差异(P>0.05);与常规组相比,湿法膨化1组蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸的表观消化率显著提高(P<0.05),膨化豆粕2组半胱氨酸表观消化率显著提高(P<0.05),膨化豆粕1组、发酵组异亮氨酸、亮氨酸、组氨酸表观消化率显著提高(P<0.05),其余3组赖氨酸、精氨酸、丝氨酸和天冬氨酸表观消化率显著提高(P<0.05)。

2.3 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪血清游离氨基酸含量的影响

由表5可知：与常规组、湿法膨化1组相比,湿法膨化2组断奶仔猪血清苏氨酸含量显著上升(P<0.05);与常规组、湿法膨化1组、湿法膨化2组相比,发酵组血清中游离异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸、赖氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、丝氨酸含量显著上升(P<0.05)。

表5 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪血清游离氨基酸含量的影响Table 5 Effects of wet extruded and fermented soybean meal on content of free amino acids in serum of weaned piglets μg·mL-1

2.4 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪血清生化指标及抗氧化指标的影响

由表6、7可知：试验14 d时,与常规组相比,发酵组血清球蛋白含量显著提高(P<0.05);与常规组及湿法膨化2组相比,发酵组血清白球比显著降低(P<0.05);与湿法膨化1组相比,发酵组血清IgA含量显著提高(P<0.05);与常规组相比,湿法膨化2组和发酵组血清IgM含量显著提高(P<0.05)。与常规组相比,湿法膨化1组、湿法膨化2组及发酵组血清MDA含量分别降低23.67%(P<0.05)、15.55%(P<0.05)、13.43%(P<0.05)。试验49 d时,与常规组相比,发酵组血清MDA含量降低29.35%(P<0.05);与湿法膨化1组及湿法膨化2组相比,发酵组血清GSH-Px活性显著提高(P<0.05)。

表7 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪血清抗氧化功能指标的影响Table 7 Effect of wet extruded and fermented soybean meal on the indexes of anti-oxidation function of weaned piglet serum

3 讨论

3.1 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪生长性能的影响

在动物饲养试验中,生长性能是反映试验日粮优劣的重要指标之一。研究表明,豆粕经膨化、加热处理,可以提高畜禽平均日增重、平均日采食量,降低料肉比[7-9]。常规豆粕经过适合的微生物发酵处理,也可以起到提高采食量、日增重的作用[10-11]。在本试验中,饲喂湿法膨化豆粕可以达到提高断奶仔猪平均日增重的效果,且随着试验日龄的增加,生长性能提高的效果愈加明显,这与之前的研究结果[12-13]一致,可能的原因是高温使豆粕中部分抗营养因子失活,提高了养分表观消化率。在试验14 d,与常规组对比,发酵组显著提高了仔猪的体重,可能的原因是豆粕经微生物发酵可以产生一些对机体有利的有机酸[14-15],不仅可以增强胃蛋白酶等消化酶的活性,促进养分的消化吸收,同时可以杀灭消化道内的病原菌,促进仔猪肠道健康。然而,随着试验日龄的增加,发酵组的饲喂效果越来越差,从试验15～49 d及试验全期看,与常规组相比,平均日增重和平均日采食量均无显著变化,但料重比显著上升,其中可能的原因是随着断奶仔猪日龄的增加,消化系统的功能日趋完善,微生物发酵产生的有益物质发挥的作用越来越小,而发酵过程中不仅有能量耗损,同时消耗了豆粕中优质的蛋白质,本试验结果与之前研究结果一致,发酵处理显著提高料重比,未显著提高仔猪生长性能[16]。

3.2 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪养分表观消化率的影响

消化率是一项既可以反映日粮可消化性的能力,同时可以反映出动物消化系统对营养物质消化吸收能力的指标[17]。仔猪生长发育离不开日粮中的蛋白质、能量、矿物质等养分,消化率数值的高低可以反映仔猪对该养分的消化吸收水平。本试验结果表明湿法膨化1组、2组的能量和粗灰分表观消化率显著提高,且湿法膨化2组的饲喂效果更好。其中,发酵组较其他3组,能量表观消化率显著降低,可能的原因是豆粕在发酵的过程中,微生物会利用豆粕中的蛋白合成菌体蛋白,而这一过程会消耗能量。相关研究发现,经挤压膨化处理可以提高饲粮的适口性,并会提高能量的表观消化率[18]。在本试验中,与常规组相比,湿法膨化豆粕组并没有显著提高粗蛋白的表观消化率,这可能是由于湿法处理过程中,会导致部分蛋白质发生变性,使得原本向内疏水性的氨基酸向外反转,从而降低了蛋白质的溶解度[19-20],而蛋白质的溶解程度是胃肠道消化吸收蛋白质的前提[21]。

氨基酸表观消化率可以反映出日粮氨基酸可消化性的程度,也可以表现出仔猪对饲粮中氨基酸的消化能力。赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸等是断奶仔猪主要的限制性氨基酸。在本试验中,湿法膨化1组赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸表观消化率最高,这可能是该组生长性能提高的原因之一。与常规组相比,湿法膨化1组和2组及发酵组对所有氨基酸表观消化率均有一定程度的提高,其原因可能是豆粕经过湿法膨化或发酵处理后,抗营养因子含量减少,尤其是脲酶、胰蛋白酶抑制因子含量大大降低[22],相关研究发现胰蛋白酶抑制剂是影响猪氨基酸消化率的重要因素[23]。湿法膨化1组氨基酸消化率优于湿法膨化2组,表明湿法膨化豆粕替代常规豆粕的比例越高,氨基酸消化率提高的效果越明显。

3.3 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪血清游离氨基酸含量的影响

氨基酸是构成动物营养所需蛋白质的基本物质,血清中游离氨基酸水平是一项可以体现动物生长可利用性的指标,该指标可以反映机体肠道消化吸收和细胞摄取氨基酸两者平衡的关系[24-25]。其浓度受可消化氨基酸含量、日粮中氨基酸的存在形式以及禁食时间长短等因素的影响。动物进食后,血清中游离氨基酸的含量先上升后下降,日粮中的不同蛋白来源会使得血清中各种氨基酸的浓度达到峰值的时间产生差异。仔猪禁食2～3 h血清游离氨基酸含量可以反映出氨基酸的消化、吸收与代谢水平。而禁食6 h以上血清氨基酸浓度反映细胞吸收氨基酸的水平。Yen等[26]研究发现,结晶状态的赖氨酸和苏氨酸的吸收比蛋白质结合的赖氨酸和苏氨酸更快。与发酵组相比,湿法膨化1组和湿法膨化2组仔猪血清游离氨基酸含量降低的可能的原因是湿法膨化豆粕较发酵豆粕,其氨基酸更容易被机体利用,肠黏膜细胞加快了对血清游离氨基酸的摄取,导致血清中游离氨基酸浓度下降,具体原因仍需进一步探索。Gao等[27]研究发现,豆粕经发酵处理后,可以改善豆粕蛋白的氨基酸组成。发酵过程中微生物产生的菌体蛋白是重要的蛋白质来源,另外豆粕在微生物作用下,大分子蛋白质被降解为小肽、游离氨基酸,大豆抗原蛋白含量显著降低[28-29]。而大豆抗原蛋白会导致仔猪消化道结构损伤,吸收障碍,降低蛋白质的利用率。这可能是发酵组仔猪血清游离氨基酸含量较其他3组显著提高的原因。

3.4 湿法膨化和发酵豆粕对断奶仔猪血清生化及抗氧化指标的影响

仔猪在断奶前期免疫力低下,机体很容易受环境和食物改变的影响产生断奶应激[30]。血清球蛋白可以协助机体防御各类病原体的侵害,对维持机体正常免疫力具有重要作用。血清中尿素氮的水平是评判动物日粮中氨基酸能否满足动物营养需求的一项生化指标[31]。血清中免疫球蛋白含量表示血清免疫功能的强弱。IgM在对抗血液病原体入侵发挥着“先锋队”的作用,其含量可以反映出机体免疫系统快速识别、迅速出击的能力。IgA是一类可以抵御摄入食物中抗原的入侵、减弱炎症反应和缓解食物过敏症状等方面发挥重要作用的免疫球蛋白[32]。有研究表明豆粕经过发酵处理可以调节机体的免疫功能[33-34],这与本试验结果一致。本研究中,试验14 d发酵豆粕可以提高血清中球蛋白、IgA、IgM的含量,降低白球比,表明发酵组仔猪的血清免疫功能有所提高,可能的原因是豆粕在发酵过程中,微生物会产生有机酸、益生素、B族维生素等对机体有益的物质[35],有利于维持仔猪肠道健康状态,从而达到提高血清免疫功能的效果。经过益生菌发酵后的豆粕具有潜在的有效调控肠道菌群及其代谢物的能力[36-37],从而提高断奶仔猪的免疫功能[38],这可能也是试验14 d仔猪体重显著提高的原因。研究发现,机体免疫反应的增强会消耗自身用于生长的养分,从而降低生长性能[39],这可能是湿法膨化1组具有良好生长性能的原因之一。本试验的结果表明,饲喂湿法膨化豆粕和发酵豆粕与常规豆粕相比,仔猪血清免疫功能均有一定程度的提高,从试验结果上看,发酵豆粕优于湿法膨化豆粕。

人类和畜禽体内无时无刻都在发生氧化与抗氧化反应。当机体内发生的氧化过程和抗氧化过程达不到平衡时则可能导致氧化应激的发生[40]。仔猪在断奶前期,由于心理、环境、营养等因素的共同作用,机体不断遭受脂质过氧化及氧化损伤的威胁。有研究表明仔猪在断奶时的抗氧化状态可以很好反映断奶仔猪的健康状态[41]。MDA是一种很好的评判机体氧化损伤程度的指标。谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)作为谷胱甘肽氧化还原系统的一种相关酶,具有有效缓解机体发生不良氧化还原反应的作用。本研究中,试验14 d时,与常规组相比,湿法膨化1组、湿法膨化2组及发酵组的断奶仔猪血清中MDA含量均显著降低;试验49 d时,与湿法膨化1组、湿法膨化2组相比,发酵组仔猪血清GSH-Px活性显著上升。这意味着饲喂湿法膨化豆粕及商品化发酵豆粕可以在一定程度上减轻仔猪在断奶早期氧化损伤的程度,对提高断奶仔猪的抗氧化功能起着积极作用,饲喂发酵豆粕提高仔猪抗氧化的效果要优于湿法膨化豆粕。

总之,基于本试验条件下,在断奶仔猪日粮中添加湿法膨化处理豆粕可提高仔猪平均日增重、采食量和氨基酸表观消化率,在提高生长性能方面,其效果优于发酵豆粕。湿法膨化豆粕和商品化发酵豆粕均可提高断奶仔猪血清抗氧化和免疫功能。